Ресурсо- и энергосбережение в литейном производстве

РЕСУРСО- 
И ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ 
В ЛИТЕЙНОМ ПРОИЗВОДСТВЕ

2-е издание, исправленное и дополненное

Рекомендовано Межрегиональным учебно-методическим советом профессионального 
образования в качестве учебника для студентов высших учебных заведений, 
обучающихся по направлению подготовки 22.03.02 «Металлургия» 
(квалификация (степень) «бакалавр») (протокол № 13 от 16.09.2019)

Г.Я. ВАГИН, В.А. КОРОВИН,
И.О. ЛЕУШИН, А.Б. ЛОСКУТОВ

УЧЕБНИК

Москва                                        2020

ИНФРА-М

УДК [672+620.92](075.8)
ББК 34.61:20.18я73
 
В12

Вагин Г.Я.
В12  
Ресурсо- и энергосбережение в литейном производстве : учебник / 
Г.Я. Вагин, В.А. Коровин, И.О. Леушин, А.Б. Лоскутов. — 2-е изд., испр. 
и доп. — Москва : ФОРУМ : ИНФРА-М, 2020. — 254 с. — (Высшее 
 образование: Бакалавриат). — DOI 10.12737/978649.

ISBN 978-5-16-00091-625-4 (ФОРУМ)
ISBN 978-5-16-013528-1 (ИНФРА-М, print)
ISBN 978-5-16-106887-8 (ИНФРА-М, online)
В учебнике описана правовая и нормативная база ресурсо- и энергосбережения; приведены технологические схемы литейных цехов и потребителей их энергоресурсов; описаны методы составления энергобалансов 
и нормирования расходов энергоносителей. Большое внимание в книге 
уделено методам снижения расходов энергоресурсов и выбору ресурсо- 
и энергосберегающих технологий плавки металлов.
Соответствует требованиям федеральных государственных образовательных стандартов высшего образования последнего поколения.
Предназначен для студентов, обучающихся по направлениям подготовки 22.03.02 и 22.04.02 «Металлургия». Может быть полезен работникам промышленности, занимающимся эксплуатацией литейных заводов и цехов.

УДК [672+620.92](075.8)
ББК 34.61:20.18я73

А в т о р ы:
Вагин Г.Я., доктор технических наук, профессор, профессор Нижегородского государственного технического университета имени 
Р.Е. Алексеева (гл. 2, 3, 5, 6, 8); 
Коровин В.А., доктор технических наук, доцент, профессор Нижегородского государственного технического университета имени 
Р.Е. Алексеева (гл. 7, 9); 
Леушин И.О., доктор технических наук, профессор, профессор Нижегородского государственного технического университета имени 
Р.Е. Алексеева (гл. 4); 
Лоскутов А.Б., доктор технических наук, профессор, профессор 
Нижегородского государственного технического университета имени 
Р.Е. Алексеева (гл. 1)

Р е ц е н з е н т:
Палавин Р.Н., кандидат технических наук, технический директор 
НПП «Солитус»

ISBN 978-5-16-00091-625-4 (ФОРУМ)
ISBN 978-5-16-013528-1 (ИНФРА-М, print)
ISBN 978-5-16-106887-8 (ИНФРА-М, online)

© Вагин Г.Я., Коровин В.А., 
Леушин И.О., Лоскутов А.Б., 
2020
© ФОРУМ, 2020

Введение

Литейное производство является основной заготовительной 
базой машиностроения и в перспективе сохранит лидирующее положение. На долю литых деталей в среднем по машиностроению 
приходится 50—70% массы и 20% стоимости машин. Только методами литья можно получить сложные по конфигурации заготовки 
из черных и цветных сплавов с высоким (75—98%) коэффициентом 
использования металла.
В России около 1250 литейных заводов и цехов. Литейные цеха 
лидируют по потреблению топливно-энергетических ресурсов 
(ТЭР), которое составляет от 20 до 40% ТЭР предприятий.
Энергоемкость литья в Российской Федерации в 1,5—2 раза выше, 
чем в ведущих странах (Японии, Германии, США и др.). Это объясняется низкой загрузкой оборудования, которая в среднем составляет 
30—50% [11, 38], моральным старением применяемых технологий, 
низким качеством сырья, слабой автоматизацией технологических 
процессов и недостаточным образованием металлургов в области ресурсо- и энергосбережения. В настоящее время в парке чугунолитейного оборудования на действующих предприятиях 76% вагранок, 23% 
индукционных печей и около 1% электродуговых печей [11].
Низкая загрузка плавильных агрегатов в связи со спадом выпуска продукции и несоответствие их мощности технологическим 
регламентам привели к возрастанию доли брака и угара металла. 
Проведенные исследования показывают, что выход годного металла в некоторых литейных цехах не превышает 50%, а угар металла достигает 12%.
Сказанное выше говорит о том, что вопросы ресурсо- и энергосбережения для литейных производств очень актуальны. Однако, 
несмотря на большую актуальность, курс ресурсо- и энергосбережения для специалистов металлургического профиля в настоящее 
время не читается. Авторы надеются, что данный учебник позволит 
заполнить этот пробел в подготовке специалистов.
При написании учебника авторы использовали достижения в области энерго- и ресурсосбережения литейных процессов в странах 
Евросоюза и США.
В результате изучения материалов, изложенных в учебнике, студенты:
 
• получат знания в области правовой базы ресурсо- и энергосбережения, а также сведения об основных потребителях энергоресурсов литейных цехов;

 
• будут уметь составлять энергобалансы и выбирать методы снижения расхода энергоресурсов;
 
• приобретут навыки по выбору ресурсо- и энергосберегающих 
технологий плавки металлов.

Глава 1. 

ПРАВОВАЯ И НОРМАТИВНАЯ БАЗА 
РЕСУРСО- И ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ

1.1. ОСНОВНЫЕ ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ 
И ПОЯСНЕНИЯ К НИМ

1.1.1. Термины и определения
Ресурсы — ценности, запасы, возможности, источники доходов 
в государственном бюджете. В общем виде ресурсы делятся на природные (сырьевые и энергетические), потребительские, производственные, воспроизводимые, невоспроизводимые, трудовые, информационные, финансовые, первичные, вторичные и др.
Ресурсоиспользование — естественное или целенаправленное использование (расход) ресурсов различных видов на стадиях жизненного цикла объекта (изделия, продукции, процесса) и при оказании услуг на данном уровне развития общества. Расход ресурсов 
разделяют на полезные (необходимые) затраты и на различные издержки (потери).
Ресурсосбережение — деятельность, методы, процессы, комплекс 
организационно-технических мер и мероприятий, сопровождающих 
все стадии жизненного цикла объектов и направленных на рациональное использование и экономичное расходование ресурсов. Различают энергосбережение и материалосбережение.
Экономное расходование ресурсов — относительное сокращение 
расходов ресурсов, выражающееся в снижении их удельных расходов на производство единицы конкретной продукции, выполнение работ и оказание услуг установленного качества с учетом 
социальных, экологических и прочих ограничений.
Ресурсоемкость процессов, продукции, работ и услуг — совокупность структурно-технических свойств, определяющих возможность изготовления продукции, ее ремонта и утилизации, а также 
выполнения работ и оказания услуг с установленными затратами 
и потерями ресурсов в технологических циклах; определяет показатели ресурсоиспользования и ресурсосбережения.
Энергоноситель — вещество в различных агрегатных состояниях (твердом, жидком, газообразном) либо иных формах материи 
(плазма, поле, излучение и т.д.), запасенная энергия которого может 
быть использована для целей энергоснабжения.

Природный энергоноситель — энергоноситель, образовавшийся 
в результате природных процессов.
Произведенный энергоноситель — энергоноситель, полученный 
как продукт производственного технологического процесса.
Топливо — вещества, которые могут быть использованы в хозяйственной деятельности для получения тепловой энергии, выделяющейся при их сгорании.
Топливно-энергетические ресурсы (ТЭР) — совокупность природных и производственных энергоносителей, запасенная энергия 
которых при существующем уровне развития техники и технологии доступна для использования в хозяйственной деятельности.
Вторичные топливно-энергетические ресурсы (ВЭР) —топливно-энергетические ресурсы, полученные как отходы или побочные продукты (сбросы и выбросы) производственного технологического процесса.
Первичная энергия — энергия, заключенная в ТЭР.
Полезная энергия — энергия, теоретически необходимая (в идеализированных условиях) для осуществления заданных операций, 
технологических процессов или выполнения работ и оказания 
услуг.
Возобновляемые ТЭР — природные энергоносители, постоянно 
пополняемые в результате естественных (природных) процессов.
Энергоустановка — комплекс взаимосвязанного оборудования 
и сооружений, предназначенных для производства или преобразования, передачи, накопления, распределения или потребления 
энергии (ГОСТ 19431-84).
Рациональное использование ресурсов — достижение нормированной эффективности использования ресурсов в хозяйственной 
деятельности при существующем уровне развития техники и технологии с одновременным снижением негативного влияния на окружающую среду (ГОСТ 30166-2014). 
Экономия ТЭР — сравнительное в сопоставлении с базовым (эталонным) значением сокращение потребления ТЭР на производство 
продукции, выполнение работ и оказание услуг установленного качества без нарушения экологических и других ограничений в соответствии с требованиями общества.
Непроизводительный расход ТЭР — потребление ТЭР, обусловленное несоблюдением или нарушением требований, установленных государственными стандартами, иными нормативными актами, нормативными и методическими документами.
Энергосбережение — реализация правовых, организационных, 
научных, производственных, технических и экономических мер, 

направленных на эффективное (рациональное) использование 
(и экономное расходование) ТЭР и на вовлечение в хозяйственный 
оборот возобновляемых источников энергии (на основе Федерального закона от 23 ноября 2009 г. № 261-ФЗ «Об энергосбережении 
и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации» 
(далее — Закон об энергосбережении)).
Энергосберегающая политика — комплексное системное проведение на государственном уровне программы мер, направленных 
на создание необходимых условий организационного, материального, финансового и другого характера для рационального использования и экономного расходования ТЭР.
Энергетическое обследование — обследование потребителей ТЭР 
с целью установления показателей эффективности их использования и выработки экономически обоснованных мер по их повышению.
Топливно-энергетический баланс — система показателей, отражающая полное количественное соответствие между приходом 
и расходом (включая потери и остаток) ТЭР в хозяйстве в целом 
или на отдельных его участках (отрасль, регион, предприятие, цех, 
процесс, установка) за выбранный интервал времени.
Энергетический паспорт промышленного потребителя ТЭР — 
нормативный документ, отражающий баланс потребления и показатели эффективности использования ТЭР в процессе хозяйственной 
деятельности объекта производственного назначения и возможно 
включающий энергосберегающие мероприятия.
Энергосберегающая технология — новый или усовершенствованный технологический процесс, характеризующийся наиболее 
высоким коэффициентом полезного использования ТЭР.
Сертификация энергопотребляющей продукции — подтверждение соответствия продукции нормативным, техническим, технологическим, методическим и иным документам в части потребления 
энергоресурсов топливо- и энергопотребляющим оборудованием.
Показатель энергетической эффективности — абсолютная, 
удельная или относительная величина потребления или потерь 
энергетических ресурсов для продукции любого назначения или 
технологического процесса.
Коэффициент полезного использования энергии — отношение 
всей полезно используемой в хозяйстве (на установленном участке, 
энергоустановке и т.п.) энергии к суммарному количеству израсходованной энергии в ее пересчете на первичную.

Коэффициент полезного действия — величина, характеризующая 
совершенство процессов превращения, преобразования или передачи энергии, являющаяся отношением полезной энергии к подведенной.
Потеря энергии — разность между количеством подведенной 
(первичной) и потребляемой (полезной) энергии.
Полная энергоемкость продукции — величина расхода энергии 
и (или) топлива на изготовление продукции, включая расход 
на добычу, транспортирование, переработку полезных ископаемых 
и производство сырья, материалов, деталей с учетом коэффициента 
использования сырья и материалов.
Энергоемкость производства продукции — величина потребления энергии и (или) топлива на основные и вспомогательные 
технологические процессы изготовления продукции, выполнение 
работ, оказание услуг на базе заданной технологической системы.
Показатель экономичности энергопотребления изделия — количественная характеристика эксплуатационных свойств изделия, 
отражающих его техническое совершенство, определяемое совершенством конструкции и качеством изготовления, уровнем или 
степенью потребления им энергии и (или) топлива при использовании этого изделия по прямому функциональному назначению.

1.1.2. Пояснения к терминам
Природный энергоноситель. К природным энергоносителям относят, например, воду гидросферы (при использовании энергии 
рек, морей, океанов); горячую воду и пар геотермальных источников; воздух атмосферы (при использовании энергии ветра); биомассу; органическое топливо (нефть, газ, уголь и т.д.).
Произведенный энергоноситель. К произведенным энергоносителям относятся, например, сжатый воздух, водяной пар различных 
параметров котельных установок и других парогенераторов; горячая вода; ацетилен; продукты переработки органического топлива 
и биомассы и т.п.
Вторичные ТЭР. Чаще всего встречаются вторичные ТЭР в виде 
тепла различных параметров и топлива. Например, к ВЭР в виде 
тепла относят нагретые отходящие газы технологических агрегатов; 
газы в жидкости систем охлаждения; отработанный водяной пар; 
сбросные воды; вентиляционные выбросы, тепло которых может 
быть полезно использовано. К ВЭР в виде топлива относят, например, твердые отходы, жидкие сбросы и газообразные выбросы 
нефтеперерабатывающей, нефтедобывающей, химической, целлюлозно-бумажной, деревообрабатывающей и других отраслей про

мышленности, в частности: доменный газ, древесную пыль, биошламы, городской мусор и т.п.
Полезная энергия. Примеры определения термина:
1) в освещении — по световому потоку ламп;
2) в силовых процессах:
 
• для двигательных процессов — по рабочему моменту на валу 
двигателя;
 
• для процессов прямого воздействия — по расходу энергии, необходимому в соответствии с теоретическим расчетом для заданных условий;
3) в электрохимических и электрофизических процессах — 
по расходу энергии, необходимому в соответствии с теоретическим 
расчетом — для заданных условий;
4) в термических процессах — по теоретическому расходу 
энергии на нагрев, плавку, испарение материала и проведение эндотермических реакций;
5) в отоплении, вентиляции, кондиционировании, горячем водоснабжении, холодоснабжении — по количеству тепла, полученному 
пользователями;
6) в системах преобразования, хранения, транспортирования 
ТЭР — по количеству ресурсов, получаемых из этих систем.
Возобновляемые топливно-энергетические ресурсы. В основе возобновляемых ТЭР лежит использование возобновляемых источников энергии: солнечного излучения, энергии ветра, рек, морей 
и океанов, внутреннего тепла Земли, воды, воздуха; энергии естественного движения водных потоков и существующих в природе 
градиентов температур; энергии от применения всех видов биомассы, получаемой в качестве отходов растениеводства и животноводства, искусственных лесонасаждений и водорослей; энергии 
от утилизации отходов промышленного производства, твердых 
бытовых отходов и осадков сточных вод; энергии от прямого сжигания растительной биомассы, термической переработки отходов 
лесной и деревообрабатывающей промышленности (на основе Закона об энергосбережении).
Рациональное использование ТЭР. Это понятие является более 
общим по сравнению с понятием «экономичное расходование ТЭР» 
и включает:
 
• выбор оптимальной структуры энергоносителей, т.е. оптимального количественного соотношения различных используемых 
видов энергоносителей в установке, на участке, в цехе, на предприятии, в регионе, отрасли, хозяйстве, в зависимости от рассматриваемого уровня энергобаланса;

• комплексное использование топлива, в том числе отходов 
топлива в качестве сырья для промышленности (например, использование золы и шлаков в строительстве);
 
• комплексное использование гидроресурсов рек и водоемов;
 
• учет возможности использования органического топлива (например, нефти) в качестве ценного сырья для промышленности;
 
• комплексное исследование экспортно-импортных возможностей 
и других структурных оптимизаций.
Экономия ТЭР. Величину экономии определяют через сравнительное сокращение расходов, а не потребления ТЭР. Понятие 
«потребление» при переходе от отдельного элемента к установке, 
технологическому процессу, цеху, предприятию теряет определенность и физический смысл, поэтому в принятой терминологической системе использовано слово «расход», корреспондирующееся 
с расходной частью топливно-энергетического баланса, касающейся 
конкретных энергопотребляющих объектов (изделий, процессов, 
работ и услуг).
Эталонные значения расхода ТЭР устанавливаются в нормативных, технических, технологических, методических документах 
и утверждаются уполномоченным органом применительно к проверяемым условиям и результатам деятельности.
Энергосбережение. Интересы реализации положений Закона 
об энергосбережении требуют раскрытия его правовых норм специалистам технического профиля с учетом вхождения в международное понятие «техническое поле» в области энергетики и энергосбережения (см. термины «рациональное использование ТЭР», 
«экономия ТЭР» и «экономное расходование ТЭР»).
Топливно-энергетический баланс. Термин выражает полное количественное соответствие (равенство) за определенный интервал 
времени расхода энергии и топлива всех видов их приходу в энергетическом хозяйстве, включая (где это необходимо) изменение 
запасов ТЭР. Топливно-энергетический баланс является статической характеристикой динамической системы энергетического хозяйства за определенный интервал времени.
При составлении топливно-энергетического баланса различные 
виды ТЭР приводят к одному количественному измерению. Процедура приведения к единообразию может проводиться:
 
• по физическому эквиваленту энергии, заключенной в ТЭР, т.е. 
в соответствии с первым законом термодинамики;
 
• по относительной работоспособности (эксэргии), т.е. в соответствии со вторым законом термодинамики;